提高煤矿抽放煤层气甲烷浓度的变压吸附技术的理论研究

煤层气中的甲烷是一种优质的气态燃料和化工原料,但是我国抽放煤层气中甲烷浓度大多数情况下都很低,严重制约了煤层气的综合利用。变压吸附(PSA)技术以其独特的优势已成为人们关注的煤层气分离提纯的技术。本文采用计算机模拟的方法对模拟的抽放煤层气(CH4-N2混合气体)提浓甲烷的PSA全过程进行了模拟,从理论上较为全面地分析了PSA过程操作参数对甲烷提浓的影响,为煤层气的实际分离过程提供一定的设计依据。     

变压吸附空气分离过程的动态模拟

研究单床三步骤变压吸附空气分离过程，建立相应的改进混合池模型。在模型中轴向压降由Ｅｒｇｕｎ公式描述，同时考虑轴向返混和吸附剂粒内扩散对传质的影响，并用Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附等温线表述吸附平衡关系，模拟结果与试验结果符合较好     

变压吸附空气分离过程中变压步骤的数学模拟

研究了变压吸附空气分离过程中变压步骤的数学模拟，提出了孔内强制流动模型。以改进混合池模型与拟均相模型为基础，在考虑轴向返混和压降影响的同时，用瞬时平衡模型、扩散传质模型与本文提出的孔内强制流动模型对变压吸附空气分离过程中的变压步骤进行了数学模拟并与Ｆｅｒｎａｎｄｅｚ和Ｋｅｎｎｅｙ发表的试验数据进行了对比，模拟结果显示孔内强制流动模型计算值与试验结果符合较好。     

改性硅胶吸附剂用于CO_2/CH_4吸附分离的研究

采用等体积浸渍法,通过在硅胶材料(XFGJ)表面修饰不同碱金属或碱土金属离子,制备硅胶基型吸附剂。采用变压吸附考察改性硅胶对CO2/CH4混合气体的吸附及分离性能。实验发现,担载1%质量分数BaCl2的XFGJ(1Ba-XFGJ)对CO2/CH4混合气体的动态吸附分离效果最佳,在0.5MPa,20℃时,1Ba-XFGJ的分离因子为9.55,与未改性的XFGJ相比分离因子提高了116%。采用低温氮气吸附脱附表征XFGJ及1Ba-XFGJ的比表面积和孔径分布,发现BaCl2的引入能够增加微孔数量,有利于提高CO2/CH4的吸附分离性能。     

煤中水分对煤吸附甲烷影响机理的理论研究

采用量子化学MP2计算方法，对所建煤表面模型和水、甲烷分子相互作用的不同构型进行了计算，得到了煤与水、甲烷分子最稳定的构型，指出水在煤表面的吸附势阱远大于甲烷，比甲烷更容易吸附于煤表面，据此从微观角度解释了水对甲烷吸附量影响的机理，并通过不同煤样的等温吸附实验，证明了理论计算及推断的正确性。     

调节变压吸附降低提浓乙烯气中甲烷含量

对变压吸附提浓乙烯原理进行了论述，分析了提浓乙烯产品中甲烷含量超标的主要原因。通过改变变压吸附操作时间和对置换气进行调整，增强置换能力，提高了变压吸附分离效果，有效地降低了产品气中的甲烷含量。     

变压吸附制氢的研究进展

变压吸附（PSA）是一种高效、稳定的理想型制氢工艺,由于PSA制氢装置操作简单、自动化程度较高,在制氢的工业应用占比逐年提高。综述了PSA制氢工艺在理论、吸附剂和工艺优化等方面的研究进展,为今后PSA制氢的研究给与一定的参考。     

基于LS-SVM沼气净化变压吸附过程甲烷浓度建模

由于变压吸附(PSA)过程中吸附剂的参数不易获得,对沼气净化PSA过程中产品气甲烷浓度的机理建模是比较困难的。提出了基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)甲烷浓度的建模方法。分析比较了系统辨识、RBF神经网络与LS-SVM模型,结果表明,运用LS-SVM方法建立的模型在精度上明显优于其他两种的方法,从而验证了LS-SVM在PSA过程产品浓度建模中是有效的。     

变压吸附技术在聚乙烯装置尾气回收项目上的应用

为利用尾气中的有用成分并减小环境污染,中国石化广州石化公司采用变压吸附(PSA)技术,在聚乙烯装置实施了排放尾气回收利用项目.项目实施后,从尾气中回收出烃类体积分数大于90％的富烃气作为燃料气使用,达到了取消化工区火炬的目的;还从尾气中回收出氮气和氢气体积分数大于98％的氢氮气产品;装置的综合能耗[m(标准油)/m(聚乙烯)]可降低3.76 kg/t.     

变压吸附技术制取高纯度一氧化碳

通过对吸附等温线的测定和模拟试验的研究,获得了从煤造气和焦炭造气中提纯CO的变压吸附方法,并应用到工业装置中。工业生产获得的产品CO可满足各种化工生产需要,部分指标满足高纯级CO的标准,要获得达标的高纯级CO产品还需要进一步净化处理。     

油田含CO2伴生气变压吸附材料实验研究

变压吸附工艺是国内小规模CO_2驱产出气处置的常用手段,而吸附剂是吸附分离的基础。选用6种沸石类吸附剂,测试了CO_2/CH4单组分吸附平衡等温线,分析了温度对吸附量的影响。优选了两种材料进行了CO_2-CH4混合气体竞争吸附实验,重点分析了温度、压力、气体组分、CO_2含量等因素对吸附剂吸附分离效果的影响,评价了油、水含量对吸附剂的损伤。实验结果表明:吸附剂的分离系数与混合气体中CO_2含量无明显相关性,但吸附体系压力的变化对混合气体分离效果影响较大。在初始气体CO_2摩尔分数50%、温度20℃、压力2.5MPa条件下,优选的吸附剂13X对混合气体的分离系数为25。油水的存在会对吸附剂的分离性能产生较大影响,在温度20℃、压力2.5 MPa、13X吸附剂含水摩尔分数10%及含油摩尔分数10%条件下,吸附总量分别下降32%和78%,分离系数分别下降48%和78%。     

基于Aspen Adsorption的乙醇变压吸附脱水工艺模拟

以84.2%(x)的乙醇蒸气为原料,基于Aspen Adsorption软件,研究了乙醇变压吸附脱水工艺,得到不同时刻吸附剂水吸附量轴向分布,并通过求解吸附塔利用率确定了乙醇变压吸附脱水工艺的操作周期,考察了吸附压力、吸附剂体积对乙醇变压吸附脱水工艺的影响。实验结果表明,乙醇变压吸附脱水的吸附周期与吸附塔在不同时刻水的吸附量有关,确定乙醇变压吸附脱水的操作周期为15 800 s;吸附塔的利用率为1时,吸附塔吸附饱和,出口气组成和原料气组成相同;提高乙醇变压吸附脱水的操作压力可增加吸附塔的气体处理量,但同时增加了原料气预热的能耗;吸附剂体积增大时,扩散对传质系数的影响增大,需减少模拟所用传质系数。     

变压吸附流体力学模拟

通过流体力学方法对变压吸附(PSA)系统进行模拟与优化。采用一维瞬态流体力学建立了PSA均压过程的理论模型,对PSA均压过程进行了模拟研究,得出均压时间随均压管道直径、吸附塔的体积、气体的组分等因素的变化关系,为均压管道的计算提供理论依据;采用计算流体力学对气体分布器的流场进行了模拟研究,并根据流场的特点开发了新型气体分布器,且计算结果显示流场分布较好;另外,对程控阀的流道进行了模拟研究,并根据模拟结果对流道进行了优化,结果显示,优化后的流道克服了原流道的弊端。     

制氢装置变压吸附单元改造

分析了中国石化燕山分公司制氢装置变压吸附单元(PSA)工艺流程、吸附剂、程控阀等存在的问题,并对其进行了改造。结果表明,装置改造后,当进料中含有3 000～3 400 m3/h的低分气时,产氢量可以达到50 000～51 000 m3/h,产品纯度(体积分数)大于99.9%,产品氢中CO平均体积分数由改造前的57.05×10-6降为改造后的6.30×10-6,氢气回收率大于88.00%,尾气中平均含氢体积分数为22.99%。上述各指标均达到设计要求,改造后装置运行平稳。     

合成氨原料气中微量CO变压吸附净化侧线试验

采用变压吸附技术进行了净化合成氨原料气中微量CO的工厂侧线试验 ,考察了复合吸附剂对工厂气源的适应性和吸附净化过程的稳定性 ,采用产品气的一部分作为再生气可节能降耗 ,出口CO浓度都低于 1 0mg/m3,并从工业应用技术和节能两方面说明了CO变压吸附净化过程用于合成氨工业的可行性 ,该净化过程的能耗仅为甲烷化法和铜洗法的 2 0 %左右 ,具有很好的应用前景 ,为其进一步的工业应用奠定了基础。     

变压吸附循环稳定状态的模拟

用建立的多组分主体分离的平衡模型，对氨厂弛放气提氢变压吸附工艺的循环过程进行了模拟。对选择的计算实例，通过５个循环的模拟基本上达到了循环稳定状态。对模拟结果的分析表明，理论上是合理的，并且符合于实验测定的吸附和解吸规律，因此本模拟是适用的。     

两床变压吸附空分制氧过程的模拟

通过动态柱穿透法测定空气中氮/氧吸附平衡数据,并应用于实验室规模的两床变压吸附(PSA)空分制氧过程的模拟;在PSA过程模拟中探讨了吸附压力、吸附时间、充压时间、进料流量和冲洗比等过程操作条件对产品气氧的纯度、收率和产率的影响,为PSA空分制氧过程提供一定设计依据。